JP2015022110A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】現像器および感光体ドラムが未使用状態の場合には、現像器から飛翔する外添剤の量が減少するように設定された初期モードの現像条件で現像器を制御する(S10〜S14)。初期モードでは、現像器から飛翔する外添剤によって、クリーニングブレードにめくれが発生することが防止される。また、初期モードの現像条件で現像器を制御すると、感光体ドラムの駆動トルクが閾値以下になるまで、クリーニングブレードにめくれが発生することを防止することができる。その後、感光体ドラムの駆動トルクが閾値以下になると(S14において「Yes」)、現像器の制御を、予め設定された通常モードの現像条件に切り替える(S15)。
【選択図】図9
Description
このようなクリーニングブレードの変形は、通常、「めくれ」と称せられる。クリーニングブレードに「めくれ」が生じると、感光体ドラムの表面に付着した残トナーを確実に除去することができなくなる。
本願発明者が、この原因を究明したところ、次のような事実が判明した。
(1)現像剤のトナー粒子には、通常、トナー粒子の流動性の向上等を目的として、外添剤が添加された状態(外添状態)になっている。しかし、トナー粒子における外添剤の結合力は一様ではないために、トナー粒子から外添剤が剥離することがある(なお、トナー粒子から剥離した外添剤を「遊離外添剤」とする)。このような遊離外添剤が現像器内に存在すると、遊離外添剤は、現像時にトナー粒子と共に現像器から飛翔して、感光体ドラムの表面に付着する。感光体ドラムの表面に付着した遊離外添剤は、クリーニングブレードが圧接された部分において潤滑剤として機能する。
感光体ドラムの表面は、印字枚数の増加に伴って、クリーニングブレードの摺接による摩擦等によって滑らかさが低下し、感光体ドラムの表面粗さが次第に大きくなる。これにより、クリーニングブレードの先端部の密着性が次第に低下する。このため、感光体ドラムは、表面粗さがある程度の大きさになると、遊離外添剤がそれほど多く感光体ドラムの表面に付着していなくても、クリーニングブレードに「めくれ」が発生しない安定状態になる。
外添材は、トナー粒子に比べて質量が非常に小さいため、現像器内の遊離外添剤および低結合外添剤は、現像時における感光体ドラムと現像ローラーとの電位差等により、トナー粒子よりも容易に現像器から飛翔して感光体ドラムに付着する。
すなわち、新品の中間転写ベルトも、表面が非常に滑らかな状態になっているが、印字枚数の増加に伴って表面粗さが大きくなる。また、複数の感光体ドラムのそれぞれに、現像器から遊離外添剤が供給されると、各感光体ドラムから中間転写ベルトの表面(像担持面)に遊離外添剤が付着する。中間転写ベルトに付着した遊離外添剤は、クリーニングブレードに対する潤滑剤として機能する。
本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたものであり、新品状態の現像器および像担持回転体の使用開始の初期段階において、像担持回転体に摺接するクリーニングブレードに「めくれ」が発生することを防止できる画像形成装置を提供することを目的とする。
好ましくは、前記判定手段は、前記像担持回転体の像担持面の表面粗さ、前記像担持回転体を回転駆動する際の駆動トルク、前記クリーニング部材の変形量、前記未使用状態の像担持回転体の使用開始からの累積画像形成回数、および当該未使用状態の像担持回転体の使用開始からの累積走行距離に関する情報のうち、少なくとも1つの情報を取得する取得手段を備え、当該取得した情報に基づいて、前記像担持回転体の像担持面の状態が、クリーニングブレードのめくれ発生の危険性が解消された状態に到達しているか否かを判定することを特徴とする。
好ましくは、前記現像器は、トナー粒子を含む現像剤を担持して回転する現像剤担持回転体と、前記現像剤担持回転体に現像バイアス電圧を印加する現像バイアス供給手段と、を有し、前記第1の画像形成モードにおいては、現像時に前記現像剤担持回転体から供給される外添剤の量が前記第2の画像形成モードにおける場合よりも減少するように前記現像バイアス供給手段における現像バイアス電圧の条件が設定されていることを特徴とする。
好ましくは、前記現像器は、トナー粒子を含む現像剤を担持して回転する現像剤担持回転体と、現像剤を撹拌しつつ前記現像剤担持体に供給する撹拌部材と、を有し、前記第1の画像形成モードにおける前記撹拌部材による現像剤の撹拌の程度が、前記第2の画像形成モードの場合よりも強くなるように設定されていることを特徴とする。
好ましくは、現像器および像担持回転体が共に未使用状態の新品に交換された旨の情報を取得する取得手段を備え、前記制御手段は、前記現像器および前記像担持回転体が共に新品に交換された旨の情報を取得すると、前記第1の画像形成モードに設定して画像形成を実行するように制御することを特徴とする。
[第1実施形態]
<画像形成装置の構成>
図1は、本発明の実施形態1に係る画像形成装置の一例であるモノクロプリンターの構成を説明するための模式図である。このモノクロプリンターは、ネットワーク(例えばLAN)を介して外部の端末装置等から入力される画像データに基づいて、周知の電子写真方式により、モノクロ画像を記録用紙、OHPシート等の記録シートに形成する。
帯電器12によって所定の電位に帯電された感光体ドラム11は、帯電器12に対して感光体ドラム11の回転方向下流側において、露光器13から照射されるレーザー光LBによって露光される。帯電状態になったそれぞれの感光体ドラム11の表面には、露光器13からのレーザー光LBの照射により静電潜像が形成される。
現像器14に対して感光体ドラム11の回転方向下流側には、転写ローラー15が対向して配置されている。転写ローラー15は、感光体ドラム11の右側部分に圧接されている。転写ローラー15と感光体ドラム11との圧接部分には転写ニップNtが形成されている。感光体ドラム11の表面上に形成されたトナー像は、感光体ドラム11の回転によって、転写ニップNtへ搬送される。
転写ニップNtには、給紙カセット22からシート搬送経路21に繰り出された記録シートSが搬送される。記録シートSは、シート搬送経路21における転写ニップNtの上流側において一旦停止状態とされ、その後、感光体ドラム11上のトナー像が転写ニップNtに到着するタイミングで、転写ニップNtへ搬送される。
転写ニップNtに対して感光体ドラム11の回転方向下流側には、感光体ドラム11の上部に摺接するクリーニングブレード16が設けられている。クリーニングブレード16は、感光体ドラム11の表面に付着したトナーを除去する。クリーニングブレード16は、弾性材によって帯板状に形成されており、長手方向が感光体ドラム11の軸方向に沿って配置されている。
転写ニップNtを通過した記録シートSは、転写ローラー15の上方に配置された定着装置30へ搬送される。定着装置30は、相互に圧接された加熱ローラー31および加圧ローラー32を備えており、加熱ローラー31および加圧ローラー32が相互に圧接されていることによって両者の間に定着ニップNfが形成されている。加熱ローラー31の軸心部にはヒータランプ33が配置されており、ヒータランプ33によって加熱ローラー31が加熱されるようになっている。
なお、モノクロプリンターにおける感光体ドラム11および現像器14のそれぞれは交換可能になっており、それぞれが正面側に引き出されることによって、モノクロプリンターに対する装着状態が解除される。モノクロプリンターには、感光体ドラム11および現像器14のそれぞれが装着された状態であることを検出する感光体ドラムセンサー48および現像器センサー49(いずれも図8参照)が設けられている。
次に、現像器14の構成を図2に基づいて詳細に説明する。
現像器14は、感光体ドラム11に沿って配置された現像ハウジング14hを有しており、現像ハウジング14h内に、非磁性トナー粒子と磁性キャリアとを含む2成分現像剤が収容されている。なお、以下においては、非磁性トナー粒子を、単に「トナー粒子」とし、磁性キャリアを、単に「キャリア」とする。
現像ローラー14rの内部には、円柱状の磁石体14mが同軸状態で配置されている。磁石体14mは回転しないように固定されており、周方向における複数の位置に、軸方向に沿った磁極(図示せず)がそれぞれ軸方向の全域にわたって設けられている。現像ローラー14rは、現像モーター44(図8参照)によって、磁石体14mの周囲を、図2に矢印Wで示す方向に回転される。現像ローラー14rには、現像バイアス電源47(図8参照)によって、所定の現像バイアス電圧が印加される。
撹拌スクリュー14cがスクリュー駆動モーター45によって回転されると、現像ハウジング14hの内部の2成分現像剤(以下、単に「現像剤」とする)は、軸方向に沿って撹拌されつつ搬送される。
次に、現像ハウジング14h内にキャリアとともに収容されたトナー粒子について説明する。図3は、トナー粒子を説明するための模式図である。
トナー粒子Tは、低融点ポリエステル等の樹脂と着色剤とで構成された8μm程度の粒径のトナー母体Tmと、トナー母体Tmの表面に付着(結合)した外添剤Tgとによって構成されている。なお、図3においては、トナー母体Tmに対する外添剤Tgの結合状態を説明するために、トナー母体Tmに対する結合状態が異なる3つの外添剤Tgの粒子を示している。
トナー母体Tmに対する外添剤Tgの結合力は、高速撹拌あるいは長時間撹拌によって高められる(強くなる)。しかし、高速あるいは長時間の撹拌によってトナー粒子Tが劣化することから、通常、トナー粒子Tが劣化しない程度の撹拌速度および撹拌時間に調整されて製造される。このようにして製造されたトナー粒子Tは、トナー母体Tmに対する外添剤Tgの結合力が一様ではない。
強結合外添剤Tgaは、トナー母体Tmの表面に埋め込まれた状態になるほど、トナー母体Tmに対して強く結合している。低結合外添剤Tgbは、トナー母体Tmが変形しない程度の結合状態(接着状態)になっている。
前述したように、トナー粒子Tは、通常、劣化しない程度の撹拌速度あるいは撹拌時間に調整されて製造されている。このために、未使用状態(新品状態)の現像ハウジング14h内に収容された現像剤(初期現像剤)には、比較的多くの遊離外添剤Tgcが含まれている。また、個々のトナー粒子Tにも、比較的多くの低結合外添剤Tgbが含まれている。
現像器14が未使用状態では、現像ハウジング14h内には、予め所定量のトナー粒子Tがキャリアとともに収容されている。この場合には、図4(a)に示すように、比較的多くの遊離外添剤Tgcが存在する。
この場合、遊離外添剤Tgcは、トナー粒子より軽量であるために、現像ハウジング14h内での遊離外添剤Tgcの減少割合は、トナー粒子よりも大きくなっている。
その後、現像器14による現像動作の実行回数の増加に伴って、図4(c)に示すように、現像ハウジング14hの内部に存在するトナー粒子Tの量がさらに減少する。これとともに、現像ハウジング14h内の遊離外添剤Tgcの量も減少する。
この場合、補給されるトナー粒子Tとともに、遊離外添剤Tgcも現像ハウジング14hに補給されることになり、図4(d)に示すように、現像ハウジング14h内における遊離外添剤Tgcの量が、トナー粒子Tとともに増加する。しかし、遊離外添剤Tgcは、補給されるトナー粒子Tの量に対応した量しか増加しないために、遊離外添剤Tgcの増加量は比較的少なく、未使用状態の現像ハウジング14h内における遊離外添剤Tgcの量にまで増加することはない。
次に、感光体ドラム11に摺接するクリーニングブレード16について、図5(a)および(b)に基づいて説明する。図5(a)は、感光体ドラム11に摺接した状態のクリーニングブレード16を説明するための模式図である。なお、図5(a)では、クリーニングブレード16を背面側(図1で示す方向とは反対側)から見た状態を示している。また、感光体ドラム11の表面を平面状態に展開した状態で示しており、図5(a)に矢印Zで示す方向が、感光体ドラム11の回転方向になっている。
クリーニングブレード16の圧接位置では、図5(a)に示すように、記録シートSに転写されることなく感光体ドラム11の表面に残ったトナー粒子Tが、感光体ドラム11の表面に圧接されたクリーニングブレード16の先端部に当接する。これにより、トナー粒子Tは、クリーニングブレード16の先端部によって堰止められる。クリーニング部16aの先端部によって堰止められたトナー粒子Tは、感光体ドラム11との付着力が弱まるために、感光体ドラム11の表面から掻き落とされる。
クリーニング部16aと感光体ドラム11との間を通過する遊離外添剤Tgcは、両者の間の摩擦を低減させる「潤滑剤」として機能する。このために、クリーニング部16aと感光体ドラム11との間を通過する遊離外添剤Tgcの量が多い場合には、クリーニング部16aは、回転する感光体ドラム11の表面とは低摩擦状態で円滑に摺接する。このような状態では、クリーニングブレード16の先端部が感光体ドラム11の表面とともに移動するおそれがない。
次に、本実施形態のモノクロプリンターにおいて、新品状態(感光体ドラム11および現像器14の両方が未使用状態)の場合に、現像器14から飛翔する遊離外添剤の量について検証した。
まず、現像器14が未使用状態の場合において、現像器14の現像ハウジング14h内に存在する外添剤Tgの重量の定量化処理を行った。
また、未使用状態の現像器14における現像ハウジング14h内のトナーの総重量WDtを、トナー濃度センサー14gの検出結果に基づいて求めた。
その後、現像ハウジング14h内における遊離外添剤Tgcの総重量を、遊離外添剤重量平均値WDaと、試料重量WDsと、トナーの総重量WDtとに基づいて、次の定量化式(1)により定量化した。但し、[WD]は、遊離外添剤Tgcの重量の定量値である。
なお、上記の定量化式(1)によって得られる遊離外添剤Tgcの重量の定量値[WD]を、「初期定量値[WDf]」とする。
このようにして、未使用状態の現像器14において遊離外添剤Tgcの重量の定量値である初期定量値[WDf]が得られると、モノクロプリンターにおいて画像形成動作を実行した。そして、印字枚数が所定の枚数(m枚)に達すると、現像器14の現像ハウジング14h内に存在する遊離外添剤Tgcの重量を、定量化式(1)に基づいて定量化して、遊離外添剤Tgcの定量値[WD]を求めた。
その後、累積印字枚数がm×n枚(但し、mは予め設定された印字枚数、nは印字枚数がm枚に達した回数(1以上の整数))になる毎に、同様にして、定量化式(1)により遊離外添剤Tgcの定量値[WD]を求めた。
次に、累積印字枚数がm×n枚になった時点において、遊離外添剤Tgcの累積定量値[WDn]がそれぞれ求められると、初期定量値[WDf]との差分を演算した。この差分を、「[ΔWDn]」とする([ΔWDn]=[WDf]−[WDn])。この差分[WDn]は、未使用状態の現像器14から、累積印字枚数がm×n枚に達するまでの間に、現像ハウジング14hから外部に飛翔した遊離外添剤Tgcの重量に対応している。このことから、累積印字枚数がm×n枚に達した時点で得られた定量値[WDn]と初期定量値[WDf]との差分[ΔWDn]を、遊離外添剤Tgcの「飛翔定量値」とする。
このために、まず、累積印字枚数がm×n枚になった時点で、クリーニング部16aの先端部に付着した付着物の全てを採取して、その付着物の総重量WEt(ミリグラム)を測定した。次いで、採取された付着物から、所定の重量WEs(ミリグラム)を試料として採取した。採取された試料の重量WEsを「試料重量」とする。
このような、Si、Ti、Zn、Caの総重量の測定を5回にわたって行って、その平均値WEaを算出した。
[WE]=WEa×WEt/WEs・・・(2)
なお、定量化式(2)によって得られる定量値[WE]は、累積印字枚数がm×n枚に達する毎に算出される。このことから、累積印字枚数がm×n枚に達した時点で得られる遊離外添剤Tgcの定量値[WE]を、「搬送定量値[WEn]」とする。
なお、クリーニングブレード16の圧接位置では、遊離外添剤Tgcの一部が、クリーニング部16aと感光体ドラム11との間を通過していると考えられる。また、感光体ドラム11に付着した遊離外添剤Tgcは、感光体ドラム11が回転している間に、感光体ドラム11の表面から掻き落とされていると考えられる。
未使用状態の現像器14では、現像ハウジング14h内に収容された現像剤(初期現像剤)に、比較的多くの遊離外添剤Tgcが含まれている。このために、現像器14による現像動作の開始当初は、1回(1枚の印字枚数に相当)の現像動作によって、比較的多くの遊離外添剤Tgcが現像ハウジング14hから外部に飛翔する。これにより、比較的多くの遊離外添剤Tgcが、感光体ドラム11に付着してクリーニング部16aへ搬送される。従って、感光体ドラム11とクリーニング部16aとの間を通過する遊離外添剤Tgcの量も比較的多くなる。その結果、感光体ドラム11の表面粗さが小さな状態であっても、感光体ドラム11とクリーニング部16aとの摩擦が低減され、クリーニングブレード16に「めくれ」が発生するおそれがない。
しかし、この場合、現像ハウジング14h内に補給される遊離外添剤Tgcは、比較的少量である。このために、トナー補給後における飛翔定量値[ΔWDn]は、未使用状態での現像開始からm枚(n=1)の累積印字枚数になった時点の飛翔定量値[ΔWDn](n=1)にまで増加することはない。
なお、印字枚数の増加に伴って、現像ハウジング14hから飛翔する遊離外添剤Tgcの量の低下と、クリーニングブレード16に「めくれ」の発生との関係を調べた。その結果、飛翔定量値[ΔWDn]は、初期段階から300程度まで低下すると、「めくれ」の発生が確認された。この場合、飛翔定量値[ΔWDn]が300程度まで低下するまでの間に、トナー補給されることはなかった。
次に、感光体ドラム11の表面粗さの変化について検証した。この場合、感光体ドラム11が未使用状態のモノクロプリンターにおいて、現像器14の現像条件を通常モードとして画像形成動作を実行した。そして、累積印字枚数がm×n枚に達する毎に、感光体ドラム11を取り出して、その表面粗さを測定した。表面粗さの測定は、光干渉型表面形状粗さ測定計(Veeco社製、商品名「Wyko NT9000」)によって行った。
次に、クリーニングブレード16における「めくれ」の発生と、飛翔定量値[ΔWDn]および感光体ドラム11の表面粗さとの関係について検証した。
この場合、図7に示すように、飛翔定量値[ΔWDn]が、800、700、600、500、400、300、200、100のそれぞれに対応する累積印字枚数を求めて、それぞれの累積印字枚数と同じ回数の現像動作が行われた現像器14を準備した。また、表面粗さが20nm、25nm、30nm、35nm、40nm、45nm、50nm、60nm、70nm、100nmのそれぞれになった感光体ドラム11を準備した。そして、それぞれの現像器14および感光体ドラム11を組み合わせたモノクロプリンターによって画像形成動作を行って、クリーニングブレード16に「めくれ」が発生したかを確認した。その結果を図7に示す。
また、感光体ドラム11の表面粗さが40nm未満であっても、飛翔定量値[ΔWDn]が300以上であれば、クリーニングブレード16に「めくれ」は発生しなかった。
なお、クリーニングブレード16において「めくれ」が発生しない下限値とされた飛翔定量値[ΔWDn]は、前述したように300であり、図6(a)のグラフに点線で示している。この飛翔定量値[ΔWDn]が300の場合は、3000枚程度の累積印字枚数に対応している。
次に、モノクロプリンターの制御系の主要部の構成を図8に基づいて説明する。図8は、モノクロプリンターの制御系の主要部の構成を示すブロック図である。モノクロプリンターには、画像形成動作を制御するエンジン制御部41が設けられている。
エンジン制御部41は、感光体ドラム11を回転させるドラムモーター43を制御する。ドラムモーター43は、感光体ドラム11が所定の回転数で回転されるように、エンジン制御部41によって制御される。
また、エンジン制御部41は、帯電器12を制御するようになっている。帯電器12は、感光体ドラム11の表面が所定の帯電電位になるように、エンジン制御部41によって制御される。
また、エンジン制御部41は現像バイアス電源47を制御する。現像バイアス電源47は、現像器14の現像ローラー14rに印加される現像バイアス電圧を生成する現像バイアス供給手段である。現像バイアス電源47によって生成される現像バイアス電圧は、交流電圧に直流電圧が重畳されている。エンジン制御部41は、現像バイアス電源47において所定の現像バイアス電圧が生成されるように、現像バイアス電源47を制御する。
また、エンジン制御部41には、現像器14に設けられたトナー濃度センサー14gの出力が与えられている。エンジン制御部41は、トナー濃度センサー14gの出力に基づいてトナー補給機構17を駆動する。トナー補給機構17が駆動されると、トナー補給機構17から、現像器14の現像ハウジング14h内にトナーが補給される。
次に、エンジン制御部41が実行する現像制御について、図9のフローチャートに基づいて説明する。
現像制御が開始されると、エンジン制御部41は、現像器14および感光体ドラム11の両方が未使用状態(新品)であるかを確認する(図9のステップS10)。現像器14および感光体ドラム11の両方が未使用状態である場合には(ステップS10において「Yes」)、ステップS11に進む。なお、モノクロプリンターが新品の場合には、現像器14および感光体ドラム11の両方が未使用状態であることが予め設定されている。従って、この場合には、ステップS11に進む。
ステップS11では、感光体ドラム11上の静電潜像を現像する際の現像条件を、通常モード(第2画像形成モード)とは異なる初期モード(第1画像形成モード)に設定する。この場合の初期モードおよび通常モードのそれぞれの現像条件を、図10の表に示す。
この場合、現像ローラー14rが240mm/sの低速で回転されること以外は、通常モードと同様の現像条件になっている。このために、現像ローラー14rの遠心力が、通常モードの場合よりも低下し、現像ローラー14rの遠心力によって現像ハウジング14hから飛翔する遊離外添剤Tgcの量が、通常モードの場合よりも減少する。
現像ハウジング14hから飛翔した遊離外添剤Tgcは、感光体ドラム11の表面に付着して、クリーニングブレード16のクリーニング部16aへ搬送される。クリーニング部16aへ搬送された遊離外添剤Tgcの一部は、クリーニング部16aと感光体ドラム11の表面との間を通過する。これにより、両者の摩擦力が低減される。その結果、感光体ドラム11の表面粗さが小さな状態であっても、クリーニングブレード16に「めくれ」が発生するおそれがない。
なお、このような初期モードでは、現像ローラー14rの回転が通常モードの場合よりも低下しているが、現像ローラー14rの回転数は、感光体ドラム11上に形成されるトナー画像の画質が損なわれないように設定されている。しかし、現像ローラー14rの回転が低下した状態で画像形成動作を継続すると、トナー画像に濃度ムラ等が発生するおそれがあり、トナー画像の画質が安定しなくなるおそれがある。
この場合の感光体ドラム11の駆動トルクの閾値は、初期モードの現像条件で現像動作を実行した場合に、感光体ドラム11の表面粗さが40nmになった時点における感光体ドラム11の駆動トルクに対応している。このような感光体ドラム11の駆動トルクは、実験等によって予め求められている。
ステップS14では、感光体ドラム11の駆動トルクが、予め設定された閾値以下に低下しているかを確認する。閾値以下に低下していない場合には(ステップS14において「No」)、感光体ドラム11の表面粗さが40nmに達していないと判定する。この場合には、ステップS12に戻り、プリントが指示される毎に、初期モードの現像条件での現像動作を繰り返す。これにより、現像ハウジング14hから飛翔する遊離外添剤Tgcによって、クリーニングブレード16に「めくれ」が発生することが防止される。
通常モードの現像条件で現像動作が実行されると、現像ローラー14rの遠心力が初期モードの場合よりも増加するために、1回の現像動作毎に、現像ハウジング14hから飛翔する遊離外添剤Tgcの量も、初期モードの場合よりも増加する。これにより、現像ハウジング14h内における遊離外添剤Tgcの残量が急激に減少する。現像ハウジング14h内における遊離外添剤Tgcの残量が減少すると、現像ハウジング14hから飛翔する遊離外添剤Tgcの量も減少する。
また、通常モードの現像条件で現像動作を実行する場合、現像ローラー14rは、初期モードよりも高速(本来の回転速度)で回転される。従って、その後は、感光体ドラム11上に形成されるトナー像に濃度ムラ等が生じるおそれがなく、トナー画像の画質が安定する。
この場合には、その後に、感光体ドラム11および現像器14の両方が交換されて、現像制御の開始が指示されることにより、現像制御が再開される。現像制御が再開されると、ステップS10において、感光体ドラム11および現像器14の両方が交換されたかを、感光体ドラムセンサー48および現像器センサー49のそれぞれの出力に基づいて確認する。
なお、現像条件が通常モードに設定された後に、現像器14および感光体ドラム11のいずれか一方の交換が必要になった場合には、上述のように、初期モードの現像条件とする必要がない。従って、この場合には、通常モードの現像条件が維持されることになり、その後にプリントが指示された場合にも、通常モードの現像条件で現像動作が実行されることになる。
この検証のために、新品のモノクロプリンターにおいて、初期モードの現像条件(現像ローラー14rの回転速度が240mm/s)によって画像形成動作を実行し、初期モードから通常モードへの現像条件の切り替えは行わなかった。このような画像形成動作を実行している間に、累積印字枚数がm×n枚に達する毎に、前述した定量化処理と同様にして、現像ハウジング14hから飛翔する遊離外添剤Tgcの量の定量値である飛翔定量値[ΔWDn]を求めた。その結果を図11(a)のグラフに実線で示す。図11(a)のグラフの横軸における縦軸との交点は、図6(a)と同様に、m枚(n=1)の累積印字枚数に対応している。
このように、初期モードでは、1枚の印字枚数毎に、現像ハウジング14h内から飛翔する遊離外添剤Tgcの量が抑制されている。従って、比較例の場合と印字枚数が同じであれば、現像ハウジング14h内には、比較例よりも多くの遊離外添剤Tgcが残る。これにより、現像ハウジング14hから飛翔する遊離外添剤Tgcの量は、印字枚数の増加に伴って、比較例よりも緩やかに減少する。
また、飛翔定量値[ΔWDn]が300に達した後も、1枚の印字枚数毎に消費される現像ハウジング14h内のトナー量も、同様の割合で減少しており、従って、トナーが最初に補給されるタイミングとなる印字枚数も、比較例の場合よりも増加した。
従って、本実施形態により、現像動作の開始当初から、現像器14が寿命に達するまでの間、クリーニングブレード16の「めくれ」の発生を防止することが可能になる。
[実施形態2]
本実施形態2では、初期モードにおける現像条件として、現像ローラー14rと感光体ドラム11との間の電位差を、通常モードとは異ならせる構成としている。
図12(b)は、現像バイアス電圧Vrの1周期の説明図である。図12(b)に示すように、現像バイアス電圧はマイナスの直流バイアス電位Vdを中心に、絶対値が最小になったマイナスの最小電位Vminと、絶対値が最大になったマイナスの最大電位Vmaxとにわたって電圧が変化する。なお、最大電位Vmaxと最小電位Vminとの差(交流電圧Vaの振幅に相当)を「ピーク間電位Vpp」とする。
これに対して、現像バイアス電圧Vrの1周期の間に、現像バイアス電圧Vrの絶対値が直流バイアス電位Vdの絶対値よりも大きな電位になる期間は、マイナス帯電のトナー粒子Tが感光体ドラム11に供給されにくい状態になる。このことから、この期間を「回収期間Tk」とする。また、現像バイアス電圧Vrの1周期における現像期間Tgと回収期間Tkとの比率は、一般に「デューティ比」と呼ばれている。
帯電電位Vcになった感光体ドラム11は、露光装置13によってレーザー光LBが照射されると、その照射部分(以下、「画像部」とする)は、帯電電位Vcよりも絶対値が小さなトナー付着電位Vt(マイナス)になる。このトナー付着電位Vtは、現像バイアス電圧Vrの最小電位Vminよりも絶対値が小さくなっている。
感光体ドラム11と現像ローラー14rとの間に形成される電界内では、現像ローラー14r上のマイナス帯電のトナー粒子Tは、感光体ドラム11と現像ローラー14rとの電位差に応じた挙動になる。
これに対して、非画像部における感光体ドラム11の帯電電位Vcと、直流バイアス電位Vdとの電位差ΔVmが大きくなると、トナー粒子Tが、現像ローラー14rの表面から感光体ドラム11へ移動する可能性が小さくなる。このために、感光体ドラム11の非画像部にトナー粒子Tが付着する「かぶり」の発生を抑制することができる。
以上のように、現像ローラー14rに印加される現像バイアス電圧Vr、および、感光体ドラム11の帯電電位Vcがそれぞれ変化すると、現像ローラー14rから感光体ドラム11へ移動するトナー粒子Tの量が変化する。この場合、現像ローラー14rに担持された遊離外添剤Tgcの量も、トナー粒子Tと同様に変化する。従って、現像ローラー14rから感光体ドラム11へ移動するトナー粒子Tの量が少なくなると、現像ローラー14rから感光体ドラム11へ移動する遊離外添剤Tgcの量も少なくなる。
初期モードとして、ピーク間電圧Vppを、通常モードの1.4kVよりも小さな1.0kVに変更すると、現像バイアス電圧Vrと、感光体ドラム11の表面電位(トナー付着電位Vtおよび帯電電位Vc)との電位差の変動が小さくなる。これにより、トナー粒子Tが感光体ドラム11の表面に付着することが抑制される。この場合には、現像ハウジング14hから飛翔する遊離外添剤Tgcの量も抑制される。
このように、現像バイアス条件およびかぶりマージンΔVmのいずれか1つ以上を初期モードに設定すると、未使用状態の現像器14による現像動作の開始当初に、現像ハウジング14hから飛翔する遊離外添剤Tgcの量を減少させることができる。これにより、現像ハウジング14h内の遊離外添剤Tgcが、印字枚数の増加に伴って減少する割合を抑制することができる。
また、通常モードでは、感光体ドラム11に形成されるトナー像に濃度ムラ等が生じることなく、トナー像が安定的に形成される。
この検証のために、ピーク間電圧Vppのみが通常モードとは異なる初期モードの設定として、前述した図9のフローチャートに示す現像制御で画像形成動作を実行した。そして、前述した定量化処理によって、現像ハウジング14hから飛翔する遊離外添剤Tgcの量の定量値である飛翔定量値[ΔWDn]を求めた。
また、感光体ドラム11の表面粗さが40nmに対応した感光体ドラム11の駆動トルクになると、通常モードに切り替えるためにピーク間電圧Vppを1.4kVに変更した。この時点では、飛翔定量値[ΔWDn]は300以上になっていた。
その後、通常モードでの現像制御によって画像形成動作を実行しても、クリーニングブレード16において「めくれ」が発生することはなかった。また、通常モードでの現像制御によって、画像形成を実行しても、記録シートSに形成されたトナー像に濃度ムラ等が発生せず、安定して良好な画質のトナー画像が得られた。
なお、ピーク間電圧Vppに替えて、周波数f、デューティ比、かぶりマージンΔVmのそれぞれ1つだけを、図13に示す初期モードの条件に設定した場合における効果を実証するために、上記の遊離外添剤Tgcの量の検証と同様の検証を行った。いずれの場合にも、ピーク間電圧Vppのみを初期モードの条件に設定した上記の場合と同様の検証結果が得られた。
本実施形態3では、現像条件の初期モードとして、現像器14における現像剤の撹拌の程度を、通常モードよりも強くなるように設定している。現像器14内では、現像剤を高速で撹拌するほど、また、撹拌時間が長くなるほど、現像剤の撹拌の程度は強くなる。このように、現像器14内において現像剤を撹拌の程度が強くなると、現像剤に含まれる遊離遊離外添剤Tgcが、トナー粒子Tに対して低結合状態になった低結合外添剤Tgbになる可能性が高くなる。これにより、現像器14から感光体ドラム11に飛翔する遊離遊離外添剤Tgcの量を低減させることができる。
図14に、本実施形態3の通常モードおよび初期モードのそれぞれにおける現像ローラー14rと、供給スクリュー14bおよび撹拌スクリュー14cとの回転数を示している。図14に示すように、通常モードでは、現像ローラー14rの回転数を6.0(rps)、供給スクリュー14bおよび撹拌スクリュー14cの回転数を、それぞれ5.5(rps)に設定している。
このように、初期モードでは、現像動作が実行される際に、供給スクリュー14bおよび撹拌スクリュー14cが、通常モードよりも、若干、高速で回転される。これにより、現像ハウジング14h内において、トナー粒子Tの撹拌の程度が、通常モードよりも若干強くなる。
これにより、印字枚数の増加に伴って、現像ハウジング14h内の遊離外添剤Tgcの量が大きく減少することを抑制することができる。その結果、クリーニングブレード16に「めくれ」が発生する危険性が解消するまでの間は、現像ハウジング14hから飛翔する遊離外添剤Tgcにより、クリーニングブレード16に「めくれ」が発生することを防止できる。
その後、クリーニングブレード16の「めくれ」の発生の危険性が解消された状態に達すると、現像条件が初期モードから通常モードに切り替えられる。これにより、供給スクリュー14bおよび撹拌スクリュー14cは、それぞれ、初期モードにおける回転数よりも低下した5.5(rps)の回転数で回転される。従って、その後は、現像剤の撹拌の程度が弱められる。
なお、本実施形態3においても、初期モードを上記の条件に設定して、前述した図9のフローチャートに示す現像制御を実行した。そして、前述した定量化処理によって、現像ハウジング14hから飛翔する遊離外添剤Tgcの量の定量値である飛翔定量値[ΔWDn]を求めた。
また、感光体ドラム11の駆動トルクが、感光体ドラム11の表面粗さ40nmに対応した所定値になると、供給スクリュー14bおよび撹拌スクリュー14cの回転数を5.5(rps)に変更して、通常モードに切り替えた。この時点では、飛翔定量値[ΔWDn]は300以上になっていた。
上記の各実施形態では、モノクロプリンターにおいて、感光体ドラム11の表面上の残トナーを除去するクリーニングブレード16の「めくれ」の発生を防止する構成について説明した。しかし、本発明はこのような構成に限るものではなく、フルカラー画像を形成することが可能なカラープリンターにおいても適用することができる。
図15は、本実施形態4に係る画像形成装置の一例であるタンデム型カラープリンター(以下、単に「カラープリンター」と称する)の構成を説明するための模式図である。このカラープリンターは、ネットワーク(例えばLAN)を介して外部の端末装置等から入力される画像データに基づいて、周知の電子写真方式により、フルカラー画像あるいはモノクロ画像を記録用紙、OHPシート等の記録シートに形成する。
中間転写ベルト51は、カラープリンターのほぼ中央部において、一対のベルト周回ローラー52および53に巻き掛けられて、水平方向に沿った状態に配置されている。中間転写ベルト51は、図示しないモーターによって、ベルト周回ローラー52および53のいずれか一方が回転駆動されることにより、矢印Xで示す方向に周回移動(回転)する。
各プロセスユニット10Y、10M、10C、10Kは、使用されるトナーの色のみがそれぞれ異なっていること以外は、概略同様の構成になっている。このために、以下においては、プロセスユニット10Yの構成について説明し、他のプロセスユニット10M、10C、10Kの詳細な説明は省略する。また、プロセスユニット10Yの構成要素については、図1に示すモノクロのプリンターの構成要素と同様の機能を有するものについては、図1に示すモノクロのプリンターの構成要素と同じ符号を付けて、それらの構成等を簡単に説明する。
中間転写ベルト51との対向位置に対して感光体ドラム11の回転方向の下流側には、感光体ドラム11のクリーニング部材として、クリーニングブラシ18が設けられている。クリーニングブラシ18は、感光体ドラム11の軸方向に沿って配置されており、感光体ドラム11の表面に接して回転することにより、感光体ドラム11上の残トナーを除去する。
プロセスユニット10Y、10M、10C、10Kの下側には、各プロセスユニット10Y、10M、10C、10Kのそれぞれの感光体ドラム11をレーザー光LBによって露光して静電潜像を形成する露光器55が設けられている。
なお、プロセスユニット10Yの感光体ドラム11は、前述したように、図1に示すモノクロプリンターの感光体ドラム11とは回転方向が逆方向になっている。このことから、図15に示された現像ローラー14r、供給スクリュー14bおよび撹拌スクリュー14cのそれぞれの回転方向も、図2に示されたそれぞれとは逆方向になっている。
モノクロ画像を形成する場合には、選択された1つのプロセスユニット(例えばKトナー用のプロセスユニット10K)のみによって画像形成動作が行われて、感光体ドラム11上にトナー像が形成される。形成されたトナー像は、中間転写ベルト51における所定領域上に転写される。
転写ニップNtを通過した記録シートSは、2次転写ローラー56の上方に配置された定着装置30へ搬送される。定着装置30は記録シートS上の未定着のトナー像を記録シートS上に定着する。なお、定着装置30は、図1に示すモノクロプリンターの定着装置30と同様の構成になっているために、図1の定着装置30の構成要素と同じ構成要素については、同じ符号を付して説明を省略する。
中間転写ベルト51における他方のベルト周回ローラー53に巻き掛けられた部分(図1において左側部分)には、ベルトクリーニングブレード54が摺接している。ベルトクリーニングブレード54は、トナー像が記録シートSに転写された後に、中間転写ベルト51上に付着した残トナー等を除去する。
この場合も、中間転写ベルト51の表面からに記録シートSに転写される遊離外添剤Tgcと、記録シートSに転写されることなく中間転写ベルト51上に残る遊離外添剤Tgcとの割合は、累積印字枚数が増加しても、ほぼ一定になっている。
ベルトクリーニングブレード54と中間転写ベルト51との摺接位置へ搬送される遊離外添剤Tgcは、前述した感光体ドラム11とクリーニングブレード16との摺接位置における遊離外添剤Tgcと同様に機能する。従って、ベルトクリーニングブレード54と中間転写ベルト51との間を遊離外添剤Tgcが通過する場合には、両者の摩擦力が遊離外添剤Tgcによって低減される。これにより、ベルトクリーニングブレード54において「めくれ」が発生することが抑制される。
このような構成のカラープリンターにおいても、プロセスユニット10Y、10M、10C、10Kにおけるそれぞれの現像器14を、前記各実施形態1〜3において説明した現像制御のいずれか1つと同様に制御する。すなわち、中間転写ベルト51が未使用状態(新品)であって、各プロセスユニット10Y、10M、10C、10Kの現像器14が未使用状態(新品)の場合に、初期モードの現像条件で現像動作を実行する。
その後、中間転写ベルト51の表面粗さが、ベルトクリーニングブレード54の「めくれ」の発生の危険性が解消された状態になると、各現像器14は、通常モードによって現像動作が実行される。この場合には、その後、遊離外添剤Tgcの量が低下しても、ベルトクリーニングブレード54において「めくれ」が発生するおそれがない。
実施形態4におけるカラープリンターでは、プロセスユニット10Y、10M、10C、10Kのそれぞれの感光体ドラム11を、クリーニングブラシ18によってクリーニングする構成としている。これに対して、本実施形態5では、それぞれの感光体ドラム11をクリーニングブレードによってクリーニングする構成として、それぞれのクリーニングブレードにおいて「めくれ」が発生することを防止する構成とされる。なお、中間転写ベルト51のクリーニングは、クリーニングブラシで行っている。
<変形例1>
前述したモノクロプリンターでは、感光体ドラム11の駆動トルクに基づいて、感光体ドラム11の表面粗さが、クリーニングブレードのめくれ発生の危険性が解消された状態に到達したと判定する構成とした。しかし、このような構成に限るものではない。
さらに、感光体ドラム11の表面粗さが閾値(例えば40nm)に対応した感光体ドラム11の駆動トルクになる累積印字枚数に基づいて、クリーニングブレード16に「めくれ」の発生する危険性が解消された状態であると判定する構成としてもよい。この場合にも、感光体ドラム11の表面粗さが閾値に対応した感光体ドラム11の駆動トルクになる累積印字枚数は、予め実験によって求められる。
初期モードの現像条件で現像動作を開始した当初は、感光体ドラム11の表面粗さが小さいために、感光体ドラム11とクリーニングブレード16の間に遊離外添剤Tgcが存在しない場合には、クリーニングブレード16の変位量は大きくなる。しかし、この場合、感光体ドラム11に比較的多くの遊離外添剤Tgcが供給されるために、クリーニングブレード16の変位量は、遊離外添剤Tgcが存在しない場合よりも低下した状態になっている。
このことから、例えば、クリーニング部16aをモニターする撮像手段を設けて、撮像手段によって、クリーニング部16aにおける感光体ドラム11の表面に対する変位量を検出する構成とされる。そして、クリーニング部16aの変位量が所定値よりも小さくなったことが検出されると、クリーニングブレード16における「めくれ」が発生する危険性が解消された状態であると判定する。この場合のクリーニング部16aにおける変位量の所定値(感光体ドラム11の表面粗さが40nmに対応)は、実験等によって予め求められる。
また、クリーニングブレード16の「めくれ」の発生の危険性が解消された状態を、上述した複数の構成を用いて判定する構成としてもよい。この場合には、いずれか一つの構成によってクリーニングブレード16の「めくれ」の発生の危険性が解消された状態が検出されると、クリーニングブレード16の「めくれ」の発生の危険性が解消された状態であると判定する。
さらに、実施形態4のカラープリンターの場合に、中間転写ベルト51において、ベルトクリーニングブレード54の「めくれ」の発生の危険性が解消された状態になったことの判定についても、この変形例1と同様の構成としてもよい。この場合には、感光体ドラム11の表面粗さではなく、中間転写ベルト51の表面粗さに基づいて、ベルトクリーニングブレード54の「めくれ」の発生の危険性が解消された状態であることが判定される。
前記実施形態1および2のそれぞれでは、未使用状態の現像器14における現像ハウジング14h内に収容されたトナー粒子Tと、トナー補給機構17に収容されたトナー粒子Tとは、同じ製造条件で製造されている。従って、それぞれのトナー粒子Tは、概略同様の物性になっている。しかし、このような構成に替えて、現像ハウジング14h内に収容されたトナー粒子Tと、トナー補給機構17に収容されたトナー粒子Tの物性を異ならせることによって、初期モードにおいて遊離外添剤Tgcの発生をさらに確実に抑制する構成としてもよい。
トナー粒子Tは、前述したように、トナー母体Tmとなる材料と、外添剤Tgとなる材料とを、ミキサー等の混合撹拌機を用いて混合および撹拌することにより製造される。この場合の材料の撹拌時間を長くすると、トナー母体Tmと外添剤Tgとの結合力が強くなる。
その後、現像ハウジング14h内のトナー量が所定量以下に減少すると、トナー補給機構17から標準トナー粒子TSが補給される。従って、その後、印字枚数の増加に伴って、感光体ドラム11上の静電潜像の現像に使用されるトナー粒子Tは、順次、初期トナー粒子TFから標準トナー粒子TSに移行する。これにより、標準トナー粒子TSによって適切な品質のトナー画像を形成することができる。
また、本変形例のモノクロプリンターでは、前記実施形態1および2において説明した現像制御を実行しない構成としてもよい。この場合には、現像器14は、初期モードの現像条件では制御されることがなく、通常モードの現像条件で制御される。
この場合、m枚(n=1)の累積印字枚数における飛翔定量値[ΔWDn](n=1)は、現像ハウジング14h内において標準トナー粒子Tを収容した場合の90%程度になっており、10%程度の減少が認められた。その後、印字枚数の増加に伴って、飛翔定量値[ΔWDn]が減少した。この場合、飛翔定量値の減少割合は、比較的緩やかであり、飛翔定量値[ΔWDn]が300よりも低くなるまでの累積印字枚数は、標準トナー粒子Tを用いた場合よりも、2倍以上に増加した。また、クリーニングブレード16における「めくれ」の発生についても確認したが、「めくれ」は発生していなかった。
本発明は、プリンターに限らず、複写機、MFP(Multiple Function Peripheral)、FAX等にも適用することができる。
12 帯電器
14 現像器
14b 供給スクリュー
14c 撹拌スクリュー
14g トナー濃度センサー
14h 現像ハウジング
14r 現像ローラー
16 クリーニングブレード
16a クリーニング部
41 エンジン制御部
47 現像バイアス電源
51 中間転写ベルト
54 ベルトクリーニングブレード
Claims (9)
- 現像器から供給されたトナーにより顕像化されたトナー像を担持する像担持回転体と、当該像担持回転体に担持されたトナー像を被転写体に転写する転写手段と、トナー像転写後に、像担持回転体の像担持面に残留する残トナーを除去するクリーニングブレードとを有する画像形成装置であって、
前記現像器と前記像担持回転体が新品の状態以降、前記像担持面が、前記クリーニングブレードにおける前記めくれ発生の危険性が解消された状態に到達するまでの初期の段階では、第1の画像形成モードで画像形成を実行し、前記めくれ発生の危険性が解消された状態に到達した後は、第2の画像形成モードで画像形成を実行する制御手段と、を備え、
前記第1の画像形成モードにおける画像形成条件は、前記初期の段階において、現像器からトナーと共に供給される外添剤の量が、クリーニングブレードのめくれ発生を防止するのに必要な量以上であって、かつ、仮に前記初期の段階に前記第2の画像形成モードと同条件で画像形成動作を実行した場合よりも少なくなるように設定されている
ことを特徴とする画像形成装置。 - 前記像担持回転体の像担持面の状態が、クリーニングブレードのめくれ発生の危険性が解消された状態に到達しているか否かを判定する判定手段を、さらに有することを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
- 前記判定手段は、
前記像担持回転体の像担持面の表面粗さ、前記像担持回転体を回転駆動する際の駆動トルク、前記クリーニング部材の変形量、前記未使用状態の像担持回転体の使用開始からの累積画像形成回数、および当該未使用状態の像担持回転体の使用開始からの累積走行距離に関する情報のうち、少なくとも1つの情報を取得する取得手段を備え、
当該取得した情報に基づいて、前記像担持回転体の像担持面の状態が、クリーニングブレードのめくれ発生の危険性が解消された状態に到達しているか否かを判定する
ことを特徴とする請求項2に記載の画像形成装置。 - 前記現像器は、トナー粒子を含む現像剤を担持して回転する現像剤担持回転体を有し、
前記第1の画像形成モードにおける前記現像剤担持回転体の回転速度が、前記第2の画像形成モードにおける回転速度よりも低く設定されている
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の画像形成装置。 - 前記現像器は、トナー粒子を含む現像剤を担持して回転する現像剤担持回転体と、
前記現像剤担持回転体に現像バイアス電圧を印加する現像バイアス供給手段と、を有し、
前記第1の画像形成モードにおいては、現像時に前記現像剤担持回転体から供給される外添剤の量が前記第2の画像形成モードにおける場合よりも減少するように前記現像バイアス供給手段における現像バイアス電圧の条件が設定されている
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の画像形成装置。 - 前記現像バイアス電圧は、直流バイアス電圧に交流バイアス電圧を重畳してなり、当該交流バイアス電圧の波形を異ならせることにより、現像時に前記現像剤担持回転体から供給されるトナー粒子の量が前記第2の画像形成モードにおけるよりも、前記第1の画像形成モードにおける方が減少するように設定されている
ことを特徴とする請求項5に記載の画像形成装置。 - 前記現像器は、トナー粒子を含む現像剤を担持して回転する現像剤担持回転体と、現像剤を撹拌しつつ前記現像剤担持体に供給する撹拌部材と、を有し、
前記第1の画像形成モードにおける前記撹拌部材による現像剤の撹拌の程度が、前記第2の画像形成モードの場合よりも強くなるように設定されている
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の画像形成装置。 - 前記現像器に現像剤を補給する現像剤補給機構をさらに有し、
前記未使用状態の現像器には、外添剤のトナー粒子との結合強度が、前記現像剤補給機構から補給される補給トナーよりも強くなるように処理された現像剤が予め収容されている
ことを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の画像形成装置。 - 現像器および像担持回転体が共に未使用状態の新品に交換された旨の情報を取得する取得手段を備え、
前記制御手段は、前記現像器および前記像担持回転体が共に新品に交換された旨の情報を取得すると、前記第1の画像形成モードに設定して画像形成を実行するように制御する
ことを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の画像形成装置。
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